KR102521339B1 - 백연 저감 냉각탑 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업에서 사용되는 대용량 세정탑내 충진부(13)와 살수부(14)의 공기와 물의 열교환 및 세정 과정에서 발생하는 과포수분과 비산으로 발생하는 수분입자를 건조한 외기를 유입시켜 혼합하는 혼합기를 설치하여 1차 수분량을 감소시키고 잔여되어 배출되는 과포화 수분입자에 음이온을 인가시켜 수분입자를 포집하는 장치를 설치하여 배출되는 공기가 포함하는 수분과 온도를 낮추어 배출되는 공기가 외부공기와 접촉시 발생하는 백연을 저감하거나 없애는 백연 저감 냉각탑을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 구성은 하우징(10); 상기 하우징(10)의 1차 공기 유입구(10IH)를 통하여 들어온 공기와 물이 만나서 1차 열교환이 이루어지는 수조(12); 상기 수조(12)의 상부에 구비된 1차 공기 유입구(10IH); 상기 1차 공기 유입구(10IH)의 상부에 구비되어 상기 1차 공기 유입구(10IH)를 통해 유입된 공기와 물이 상호 열교환 작용을 하는 충진부(13); 상기 충진부(13)의 상부에서 물을 살수하는 살수부(14); 상기 살수부(14)의 상부에서 상기 충진부(13)의 물과 공기의 교환 작용에서 발생하는 수분과 상기 살수부(14)에서 물의 분사와 공기의 유속에 접촉하여 비산되는 물방울 입자를 포집하기 위한 기액 분리부(15); 상기 기액 분리부(15)의 상부에서 2차 유입된 외기와 상기 기액 분리부(15)의 상부에서 토출되는 과포화 공기를 혼합하는 혼합부(120); 상기 혼합부(120) 상부에서 음이온을 발생시켜서 상기 혼합부(120)에서 감습과 감온된 과포화 공기에서 수분을 포집하는 음이온 발생장치(130); 상기 음이온 발생장치(130) 상부에서 공기를 배출하는 배출부(10DH);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 효과는 산업용 세정탑 내 물과 공기의 물리, 화학적 상호 교환 과정의 이론을 새롭게 해석하여 열교환 과정에서 발생하는 과포화 공기의 수분량과 비산으로 발생하는 수분량을 외기가 가진 낮은 온도와 낮은 수분 포화도를 사용 혼합하는 기술과 음이온발생장치를 혼합하여 수분 포화도를 낮춤으로써 냉각탑에서 발생하는 백연을 저감시켜서 백연 발생으로 인한 민원이 제기될 확률을 줄이는 것이다.

Description

백연 저감 냉각탑{Cooling tower system with moist decrease device}
본 발명은 백연 저감 냉각탑에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과포화 공기와 불포화 공기의 수분량 차이를 회수함으로써 냉각탑에서 과포화 공기로 배출되는 용수를 효율적으로 회수하여, 외부 공기에 배출시에 백연의 발생을 감소시키거나 없애는 새로운 백연 저감 냉각탑에 관한 것이다.
산업체 및 대형건물 등에서는 산업기기 및 냉동공조설비의 열방출용 설비로서 냉각탑을 사용하고 있는데, 고열원의 열부하를 대기로 방출하는 최종장치로서 냉각탑에서의 효율적인 열교환은 산업기기 및 냉동공조설비 전체 시스템의 성능을 좌우하게 된다.
냉각탑(Cooling tower)은 통상 냉동기의 응축기에 사용하는 냉각용수를 재차 사용하기 위하여 실외공기와 직접 접속시켜 이 물을 냉각하는 일종의 열교환장치로서, 주위에 다량 존재하는 공기를 사용하여 물과 직접 접촉시켜 냉각하는 장치를 말한다. 그 냉각작용은 물과 공기의 온도차를 이용하는 열전달에 의한 감열과 물 자신의 증발을 이용하는 물질 전달에 의한 잠열의 두가지 작용으로 행하여지는데, 그중 특히 효과가 큰 것은 물의 증발이며 이러한 효과를 최대한으로 발휘하기 위한 여러 가지 방식으로 대향류형, 직교류형, 증발형 등이 주로 적용되고 있다.
한편, 현재 국내에서 생산되고 있는 냉각탑(冷却塔, Cooling tower)에 사용되는 필러(Filler)는 플레이트형 필러인데, 플레이트형 필러는 외부의 열원기기로부터 물유입관을 통해 유입되는 응축수인 물(물)이 물분배기를 통해 낙하되면서 공기와의 접촉으로 열교환이 이루어진다. 즉, 물가 필러의 표면으로 흘러내리면서 공기와의 열교환을 통해 증발이 이루어지는 것이다.
기존의 일부 냉각탑의 경우, 공기가 충전제를 통과하면서 위쪽을 향하여 수직방향으로 움직이고, 물은 수직방향으로 떨어지면서 공기에 의해 포함하고 있던 열을 방출하여 열교환이 이루어진다. 즉, 냉각타워의 아래에 수조가 위치되고, 냉각타워의 최상부 위치에는 공기 흡입을 위한 흡입팬이 설치되고, 이 흡입팬 아래에 위치되도록 엘리미네이터와 물관이 상측에서 하측으로 순차적으로 설치되고, 물관에는 분사 노즐이 구비되며, 분사 노즐 아래 위치와 수조 사이에는 충전재가 구비된 구조를 갖는 것이 있으며, 흡입팬 작동에 의해 냉각탑 아래와 수조 사이의 공간으로 공기가 유입되어 충전재와 엘리미네이터를 통과하여 냉각타워 상측으로 빠져나가고 물은 분사 노즐을 통해 충전재 위로 분사되어 충전재를 통과하면서 수조로 떨어지고, 이러한 과정에서 열교환이 이루어져서 열원기기 냉각에 필요한 온도를 가지게 된다. 즉, 냉각탑에서 높은 온도의 물과 낮은 온도의 공기를 접촉시키면 물이 일부 증발되면서 열을 빼앗기므로 냉각이 되는 것이다.
그런데, 기존의 냉각탑은 사용하는 에너지에 비하여 수분 포집 효율이 저하되어 냉각 효율이 그만큼 떨어지는 문제가 있고, 냉각탑에서 사용되는 용수의 낭비가 많다는 문제가 있다.
또한, 기존에는 냉각탑 설비의 부식 발생이 많이 발생하여 설비의 수명이 줄어드는 문제가 있으며, 과포화 공기에 포함되어 있는 수분입자를 충분히 포집 회수하지 못함으로써 과포화 공기가 냉각탑 외부로 배출되어 외부 공간에서 상승하게 되고 외부 공기의 상대적으로 낮은 온도로 인하여 수증기가 만들어지게 되고, 결국 민원인들은 발생되는 백연을 보고 중금속이나 해로운 물질이 배출되는 것으로 보고 불안하여 민원을 제기하는 문제점이 빈번하게 있어 왔다.
국내등록특허 제10-0736822호(2007.07.02 등록) 국내등록특허 제10-1103656호(2012.01.02 등록) 국내등록실용신안 제20-0178891호(2000.02.07 등록) 국내등록특허 제10-1451644호(2014.10.01 등록)
본 발명의 목적은 공조 및 산업용 냉각탑에서 차가운 공기와 더운물의 상호 열교환과 물질교환 과정에서 발생 배출되는 과포화 수분입자 발생과정을 새롭게 정의하고 비산되는 물 입자를 타 에너지를 추가적으로 사용하지 않고 외기를 혼합, 수분량을 1차 조정하고 2차로 음이온을 인가하여 수분을 포집 제거하여 계절에 상관없이 냉각탑에서 발생 배출되는 용수를 저감하며, 백연 발생 요인을 저감 또는 없애는 기술을 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 하우징(10); 상기 하우징(10)의 1차 공기 유입구(10IH)를 통하여 들어온 공기와 물이 만나서 1차 열교환이 이루어지는 수조(12); 상기 수조(12)의 상부에 구비된 1차 공기 유입구(10IH); 상기 1차 공기 유입구(10IH)의 상부에 구비되어 상기 1차 공기 유입구(10IH)를 통해 유입된 공기와 물이 상호 열교환 작용을 하는 충진부(13); 상기 충진부(13)의 상부에서 물을 살수하는 살수부(14); 상기 살수부(14)의 상부에서 상기 충진부(13)의 물과 공기의 교환 작용에서 발생하는 수분과 상기 살수부(14)에서 물의 분사와 공기의 유속에 접촉하여 비산되는 물방울 입자를 포집하기 위한 기액 분리부(15); 상기 기액 분리부(15)의 상부에서 2차 유입된 외기와 상기 기액 분리부(15)의 상부에서 토출되는 과포화 공기를 혼합하는 혼합부(120); 상기 혼합부(120) 상부에서 음이온을 발생시켜서 상기 혼합부(120)에서 감습과 감온된 과포화 공기에서 수분을 포집하는 음이온 발생장치(130); 상기 음이온 발생장치(130) 상부에서 공기를 배출하는 배출부(10DH);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑이 제공된다.
상기 기액 분리부(15)는 엘리미네이터로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 혼합부(120)는, 상기 기액 분리부(15)의 상부에 배치되어 상기 하우징(10)의 내외표면으로 연통된 2차 공기 유입구(122); 상기 하우징(10)에서 상기 기액 분 리부(15)의 위쪽 공간부에 배치된 공기 혼합기(124);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 공기 혼합기(124)는, 브이자 형상으로 이루어져 상기 기액 분리부(15)의 상부에 배치된 다수개의 과포화 공기 유입 조정부(124A); 다수개의 상기 과포화 공기 유입 조정부(124A) 사이에 형성된 과포화 공기 상승부(124B); 좌우 양쪽 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)을 구비하여 상기 과포화 공기 상승부(124B)의 위쪽에 배치된 혼합 공기 조정부재(126);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 혼합 공기 조정부재(126)에서 상기 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)과 마주하는 위치에 상기 2차 공기 유입구(122)가 구비되고, 상기 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 사이드 혼합 공기 배출구(126SDH)가 구비되고, 상기 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)에 경사 혼합 공기 배출구(126SH)가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 하우징(10) 내부의 공기 흐름을 온도 습도 포화도 곡선에 의하여 설명될 수 있으며, 1차 공기 유입(가), 과포화 발생공기(나), 2차 외기 도입(가), 과포화 발생 공기(나)와 2차 도입 공기(가)를 혼합하고 상기 음이온 발생장치(130)를 통과하여 수분 포화도를 낮추고 상기 배출부(10DH)로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 온도 습도 포화도 곡선에 의하면, 1차 공기 유입(가)과 2차 공기 유입(가) 시에 온도와 절대 습도가 가장 낮고, 냉각수와 열교환된 토출공기 엔탈피에 의해 온도와 절대 습도가 포화선의 위쪽 영역으로 상승하여 과포화 발생공기(나)가 생성되고, 냉각수와 열교환된 토출공기와 외기가 혼합되어 온도와 절대 습도가 포화선 위쪽의 영역에서 유지되면서 과포화 발생공기(나)에 비하여 상대적으로 온도와 포화 습도가 낮고 동시에 1차 공기 유입(가)과 2차 공기 유입(가) 시의 온도와 절대 습도에 비해서는 상대적으로 높은 상태로 유지되고, 혼합 공기에서 수분 입자를 포집한 수분 포집 배출 공기의 온도와 절대 습도는 포화선 상에서 유지되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 음이온 발생장치(130)는, 음이온 발생 단자(131); 상기 음이온 발생 단자(131)에 연결된 음극 연결 단자(132); 상기 연결 단자에 연결된 음극 방전핀(133); 상기 방전핀(24)에 연결된 양극 포집판(134);을 포함하여 구성되며, 상기 양극 포집판(134)의 하부에서 공기가 올라와서 상기 음이온 발생장치(130)와 공기의 상호 작용에 의해 음이온이 발생하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 하우징(10)의 내부에서 공기와 물의 접촉 열교환 과정에서 발생 배출되는 과포화 공기의 수분 입자에 코로나 방전에 의하여 수분 입자를 대전시켜 수분을 포집하는 방전부(20);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑이 제공된다.
상기 하우징(10)의 내부에는 수조(12)와 충진부(13)와 살수부(14)와 기액 분리부(15)와 방전부(20) 및 집수부(16)가 구비되고, 상기 수조(12)에서는 상기 하우징(10)의 1차 공기 유입구(10IH)를 통하여 들어온 공기와 물이 만나서 1차 열교환이 이루어지고, 상기 충진부(13)는 상기 수조(12)의 상부에 설치되어 상기 충진부(13)에서 2차 열교환이 이루어지고, 상기 살수부(14)는 상기 충진부(13)의 상부에 설치되어 상기 충진부(13)에서 3차 열교환이 이루어지고, 상기 기액 분리부(15)는 상기 살수부(14)의 상부에 설치되어 상기 기액 분리부(15)에서 수적을 제거하고, 상기 방전부(15)는 상기 기액 분리부(15)의 상부에 설치되어, 상기 방전부(15)에서 코로나 방전이 일어나고, 상기 집수부(16)는 상기 방전부(20)의 하부에 설치되며, 상기 하우징(10)은 열교환된 공기를 외부로 배출하는 배출부(10DH)를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 방전부(20)는, 상기 기액 분리부(15)의 상부에 배치된 집수판(28P); 상기 집수판(28P)에 인접 배치된 방전핀(24);을 포함하여 구성되며, 상기 집수판(28P)과 상기 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 진행되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 집수판(28P)은 상기 하우징(10)에 복수개로 배치되어 복수개의 집수판 셀(28)을 형성하고, 상기 집수판 셀(28)은 상부와 하부가 개방되고 내부가 중공인 통형상으로 이루어지며, 상기 집수판 셀(28)의 내부에 상기 방전핀(24)이 내장되어 상기 집수판(28P)과 상기 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 일어나도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바아 형상의 방전 지지코어(23)에 상기 방전핀(24)이 일정 간격 이격되어 복수개로 결합된 방전핀 유닛(22)을 형성하며, 상기 복수개의 방전핀(24)이 상기 하우징(10)에 내장된 상기 집수판 셀(28)에 내장된 것을 특징으로 한다.
상기 집수판(28P)에는 복수개의 세로홈(VG)이 형성되고, 집수판(28P)의 하단부에는 돌기(PP)가 구비되어, 상기 세로홈(VG)에 의해 물이 맺힌 것이 아래로 흐르도록 하고, 상기 돌기(PP)로 물이 맺힌 것이 떨어지도록 하여 코로나 방전이 원활하게 되므로 효율적으로 수분 입자를 제거하도록 구성된다.
상기 방전핀(24)은 복수개의 제1돌기(25A)와 제2돌기(25B)를 구비하도록 구성되고, 상기 집수판 셀(28)의 집수판(28P)과 상기 제1돌기(25A)의 끝단 사이의 거리 ⓐ와 상기 집수판 셀(28)의 집수판(28P)과 상기 제2돌기(25B)의 끝단 사이의 거리 ⓑ가 동일하게 구성되어, 방전이 진행되는 것이 균일하게 일어나 수적의 제거가 균등하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
복수개의 집수판(28P)이 교차되도록 결합된 집수판 셀(28)이 하우징(10)의 내부에서 격자 배열 형태를 이루며, 상기 집수판(28P)의 교차부에는 보강재(30)가 결합되고, 상기 보강재(30)는 각 집수판 셀(28)의 각 집수판(28P)의 교차된 형태와 동일한 형상으로 분기되어 각각의 교차된 집수판(28P)에 끼워질 수 있도록 단면 채널 형상으로 이루어진 복수개의 분기 클립부재로 구성되어, 상기 분기 클립부재가 각각의 교차된 집수판(28P)에 끼워지므로, 각각의 집수판 셀(28)의 형상을 유지하기 위한 강도를 극대화하고 제작의 편의성이 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 산업용 냉각탑 내 물과 공기의 물리, 화학적 상호 교환 과정의 이론을 새롭게 해석하여 열교환 과정에서 발생하는 과포화 공기의 수분량과 비산으로 발생하는 수분량을 외기가 가진 에너지를 사용 혼합하는 기술과 음이온발생장치를 혼합하여 수분 포화도를 낮춤으로써 냉각탑에서 발생하는 백연을 저감시켜서 환경오염을 방지하고 냉각탑에서 사용되는 용수를 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존 냉각탑의 기액분리기의 위치에 대체 함으로서 기존설비의 개조가 필요없고 냉각탑 적용이 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 방전핀 유닛의 방전핀과 집수판(28P) 사이에 코로나 방전 현상을 일으켜서 과포화 공기와 불포화 공기의 수분량 차이를 회수하므로, 냉각탑에서 과포화 공기로 배출되는 용수를 절감하는 효과가 있다. 본 발명의 냉각탑 열교환 과정에서 과포화 공기를 냉각탑 내부 기액 분리부와 코로나 장치 사이를 밀폐함으로써 대전 포집 효율을 상승시켜 용수 저감 효과를 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 백연 저감 냉각탑의 구조를 개략적으로 보여주는 정면도,
도 2는 본 발명에 의한 백연 저감 냉각탑의 냉각 과정에서의 온도 습도 포화도 곡선을 보여주는 도면,
도 3은 도 2의 온도 습도 포화도 곡선에서 공기 엔탈피를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 주요부인 혼합부의 구조를 보여주는 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 혼합부의 주요부인 혼합 공기 조정부재의 좌측면도,
도 6은 도 4에 도시된 혼합부의 주요부인 혼합 공기 조정부재의 우측면도,
도 7은 도 4에 도시된 혼합부의 주요부인 혼합 공기 조정부재의 후면도,
도 8은 본 발명의 다른 주요부인 음이온 발생장치의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각탑의 구조를 개략적으로 보여주는 정면도,
도 10은 도 9에 도시된 코로나 방전부와 기액 분리부의 구조를 확대하여 보여주는 정면도,
도 11은 본 발명의 주요부인 방전부의 구조를 보여주는 도면,
도 12와 도 13은 본 발명의 주요부인 방전부의 집수판 셀의 변형된 실시예를 보여주는 도면,
도 14는 도 11에 도시된 집수판 셀과 방전핀 유닛의 구조를 확대하여 보여주는 평면도,
도 15와 도 16은 도 12와 도 13에 도시된 집수판 셀과 방전핀 유닛의 구조를 확대하여 보여주는 평면도,
도 17은 본 발명의 주요부인 집수판 셀과 보강재의 일부를 분해한 상태를 보여주는 사시도,
도 18은 도 17에 도시된 주요부인 집수판 셀에 보강재가 결합된 상태를 보여주는 사시도,
도 19는 도 18의 평면도,
도 20은 본 발명의 주요부인 집수판 셀과 방전핀 유닛의 일부를 보여주는 사시도,
도 21은 본 발명의 주요부인 집수판 셀과 방전핀 유닛의 일부 및 보강재의 변형된 실시예를 보여주는 사시도,
도 22는 도 21의 집수판 셀과 방전판 유닛의 일부를 보여주는 사시도,
도 23은 본 발명의 다른 주요부인 절연 애자와 프레임의 결합 구조를 보여주는 도면,
도 24는 본 발명의 다른 주요부인 절연 애자와 변형된 프레임의 결합 구조를 보여주는 도면,
도 25는 본 발명의 또 다른 주요부인 전원 공급부의 구조를 보여주는 도면,
도 26은 본 발명의 프레임과 방전핀 유닛 및 집수판(28P)의 일부를 확대하여 보여주는 정면도,
도 27은 도 26에 도시된 전원 공급부와 프레임 및 방전부의 구조를 보여주는 정면도,
도 28은 본 발명의 주요부인 방전핀 유닛의 사시도,
도 29는 도 28에 도시된 방전핀 부분을 확대하여 보여주는 사시도,
도 30은 도 29의 측면도,
도 31은 본 발명의 주요부인 방전핀 유닛의 변형된 실시예의 구조를 보여주는 사시도,
도 32는 본 발명의 방전핀 유닛을 구성하는 방전핀의 일례로서 방전핀에 세로홈이 형성된 상태를 개략적으로 보여주는 평면도,
도 33은 본 발명의 방전핀 유닛을 구성하는 방전핀에 세로홈과 돌기가 형성된 상태를 보여주는 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 백연 저감 냉각탑의 구조를 개략적으로 보여주는 정면도, 도 2는 본 발명에 의한 백연 저감 냉각탑의 냉각 과정에서의 온도 습도 포화도 곡선을 보여주는 도면, 도 3은 도 2의 온도 습도 포화도 곡선에서 공기 엔탈피를 보여주는 도면, 도 4는 본 발명의 주요부인 혼합부의 구조를 보여주는 사시도, 도 5는 도 4에 도시된 혼합부의 주요부인 혼합 공기 조정부재의 좌측면도, 도 6은 도 4에 도시된 혼합부의 주요부인 혼합 공기 조정부재의 우측면도, 도 7은 도 4에 도시된 혼합부의 주요부인 혼합 공기 조정부재의 후면도, 도 8은 본 발명의 다른 주요부인 음이온 발생장치의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각탑의 구조를 개략적으로 보여주는 정면도, 도 10은 도 9에 도시된 코로나 방전부와 기액 분리부의 구조를 확대하여 보여주는 정면도, 도 11은 본 발명의 주요부인 방전부의 구조를 보여주는 도면, 도 12와 도 13은 본 발명의 주요부인 방전부의 집수판 셀(28)의 변형된 실시예를 보여주는 도면, 도 14는 도 11에 도시된 집수판 셀(28)과 방전핀 유닛의 구조를 확대하여 보여주는 평면도, 도 15와 도 16은 도 12와 도 13에 도시된 집수판 셀(28)과 방전핀 유닛의 구조를 확대하여 보여주는 평면도, 도 17은 본 발명의 주요부인 집수판 셀(28)과 보강재의 일부를 분해한 상태를 보여주는 사시도, 도 18은 도 17에 도시된 주요부인 집수판 셀(28)에 보강재가 결합된 상태를 보여주는 사시도, 도 19는 도 18의 평면도, 도 20은 본 발명의 주요부인 집수판 셀(28)과 방전핀 유닛의 일부를 보여주는 사시도, 도 21은 본 발명의 주요부인 집수판 셀(28)과 방전핀 유닛의 일부 및 보강재의 변형된 실시예를 보여주는 사시도, 도 22는 도 21의 집수판 셀(28)과 방전판 유닛의 일부를 보여주는 사시도, 도 23은 본 발명의 다른 주요부인 절연 애자와 프레임의 결합 구조를 보여주는 도면, 도 24는 본 발명의 다른 주요부인 절연 애자와 변형된 프레임의 결합 구조를 보여주는 도면, 도 25는 본 발명의 또 다른 주요부인 전원 공급부의 구조를 보여주는 도면, 도 26은 본 발명의 프레임과 방전핀 유닛 및 집수판(28P)의 일부를 확대하여 보여주는 정면도, 도 27은 도 26에 도시된 전원 공급부와 프레임 및 방전부의 구조를 보여주는 정면도, 도 28은 본 발명의 주요부인 방전핀 유닛의 사시도, 도 29는 도 28에 도시된 방전핀 부분을 확대하여 보여주는 사시도, 도 30은 도 29의 측면도, 도 31은 본 발명의 주요부인 방전핀 유닛의 변형된 실시예의 구조를 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 의한 백연 저감 냉각탑은 하우징(10)과, 수조(12)와, 상기 수조(12)의 상부에 구비된 1차 공기 유입구(10IH)와, 상기 1차 공기 유입구(10IH)의 상부에 구비되어 1차 공기 유입구(10IH)를 통해 유입된 공기와 물이 상호 열교환 작용을 하는 충진부(13)와, 상기 충진부(13)의 상부에서 물을 살수하는 살수부(14)와, 상기 살수부(14)의 상부에서 충진부(13)의 물과 공기의 교환 작용에서 발생하는 수분과 살수부(14)에서 물의 분사와 공기의 유속에 접촉하여 비산되는 물방울 입자를 포집하기 위한 기액 분리부(15)와, 상기 기액 분리부(15)의 상부에서 2차 유입된 저온이면서 수분 포화도가 상대적으로 낮은 외기와 기액 분리부(15)의 상부에서 토출되는 과포화 공기를 혼합하는 혼합부(120)와, 상기 혼합부(120) 상부에서 음이온을 발생시켜서 혼합부(120)에서 감습과 감온된 과포화 공기에서 수분을 포집하는 음이온 발생장치(130)와, 상기 음이온 발생장치(130) 상부에서 공기를 배출하는 배출부(10DH)를 포함한다.
본 발명은 산업에서 공기와 물의 특징을 이용하는 냉각탑의 기본 구조인 하우징(10)을 포함한다. 상기 수조(12)와 충진부(13)와 살수부(14)와 기액 분리부(15)와 혼합부(120)와 음이온 발생장치(130)는 하우징(10)에 수용되고, 상기 하우징(10)은 열교환된 공기를 외부로 배출하는 배출부(10DH)를 구비한다.
본 발명은 1차 공기 유입구(10IH)를 통하여 유입된 1차 공기가 냉각수 살수부(14)와 충진부(13)를 통과하여 유입(가), 과포화 발생 공기(나)가 되며, 2차 공기 유입구(122)를 통하여 2차로 유입된 외기가 과포화 발생공기(나)와 2차 도입공기(가)를 혼합하여 온도와 엔탈피가 낮아지는 혼합 공기(다)가 되고, 상기 음이온 발생장치(130)를 통과하여 수분을 제거하여 수분 저감 공기(라)가 되고, 상기 배출부(10DH)로 배출되도록 구성된다.
본 발명에서 기액 분리부(15)는 엘리미네이터로 구성된다. 엘리미네이터는 다수개의 살수 노즐로 이루어진 살수부(14) 위쪽에 배치된다.
도 1과 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명은 수조(12)의 상부에 설치되어 2차 열교환이 이루어지는 충진부(13)와, 상기 충진부(13)의 상부에 설치되어 3차 열교환이 이루어지는 살수부(14)와, 상기 살수부(14)의 상부에 설치되어 수적을 제거하는 기액 분리부(15)와, 방전부(20)의 하부에 설치된 집수부(16)와, 상기 수조(12)와 충진부(13)와 살수부(14)와 기액 분리부(15)와 방전부(20) 및 집수부(16)가 수용되며 열교환된 공기를 외부로 배출하는 배출부(10DH)를 구비한 하우징(10)을 포함한다. 하우징(10)의 배출부(10DH)에는 팬(11)이 설치된다.
이하에서는 본 발명을 도 4 내지 도 7을 바탕으로 설명하고자 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 혼합부(120)는 2차 공기 유입구(122)와 공기 혼합기(124)를 포함한다.
상기 2차 공기 유입구(122)는 하우징(10)의 내외표면으로 연통된다. 기액 분리부(15)의 상부에 2차 공기 유입구(122)가 배치된다.
상기 공기 혼합기(124)는 하우징(10)의 내부에 설치되는데, 상기 하우징(10)의 내부 공간부 중에서 기액 분리부(15)의 위쪽 공간부에 공기 혼합기(124)가 배치된다. 즉, 기액 분리부(15)의 위쪽에 공기 혼합기(124)가 배치된 구조이다.
도 4에서와 같이, 상기 공기 혼합기(124)는 과포화 공기 유입 조정부(124A)와 과포화 공기 상승부(124B)와 혼합 공기 조정부재(126)를 포함한다.
상기 과포화 공기 유입 조정부(124A)는 브이자 형상으로 이루어진다. 과포화 공기 유입 조정부(124A)는 브이자 형상으로 이루어지면서 동시에 공기 혼합기(124)의 전방에서 후방 쪽으로 일정 길이 연장된다. 복수개의 과포화 공기 유입 조정부(124A)가 공기 혼합기(124)의 전방에서 볼 때에 좌우측으로 나란하게 배치된다.
상기 과포화 공기 상승부(124B)는 복수개의 과포화 공기 유입 조정부(124A) 사이에 확보된 공기 상승 공간부이다. 다수개의 과포화 공기 유입 조정부(124A) 사이에 과포화 공기 상승부(124B)가 형성된다.
도 4에서와 같이, 상기 혼합 공기 조정부재(126)는 좌우 양쪽 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)을 구비하도록 구성된다. 과포화 공기 상승부(124B)의 위쪽에 혼합 공기 조정부재(126)가 배치된다.
본 발명에서는 다수개의 과포화 공기 유입 조정부(124A) 사이마다 과포화 공기 상승부(124B)가 형성되어, 적어도 두 개 이상의 나란한 혼합 공기 조정부재(126)가 과포화 공기 상승부(124B)에 배치된다.
상기 혼합 공기 조정부재(126)에서 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)과 마주하는 위치에 상기 2차 공기 유입구(122)가 구비된다. 혼합 공기 조정부재(126)의 후방에 개방되도록 구비된 2차 공기 유입구(122)가 상기 하우징(10)의 내외표면으로 연통된 구조이다. 상기와 같이, 상기 혼합 공기 조정부재(126)의 2차 공기 유입구(122)는 기액 분리부(15)의 위쪽에 배치된다.
상기 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 사이드 혼합 공기 배출구(126SDH)가 구비된다. 사이드 혼합 공기 배출구(126SDH)는 사이드 혼합 공기 배출편(126SDP)의 양면으로 연통된다. 복수개의 사이드 혼합 공기 배출구(126SDH)가 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 구비된다.
상기 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)에 경사 혼합 공기 배출구(126SH)가 구비된다. 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)의 상하면으로 경사 혼합 공기 배출구(126SH)가 연통된다. 복수개의 경사 혼합 공기 배출구(126SH)가 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)에 구비된다.
이하에서는 본 발명의 주요부인 음이온 발생 장치(130)를 도 8과 도 9를 바탕으로 설명하고자 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 음이온 발생장치(130)는 음이온 발생 단자(131)와 음극 연결 단자(132)와 음극 방전핀(133) 및 양극 포집판(134)을 포함한다. 도 1과 도 9에 도시된 바와 같이, 음이온 발생 장치(130)는 혼합부(120) 위쪽에 배치된다.
음이온 발생 장치(130)는 냉각탑의 배출부(10DH)를 통하여 배출될 수 있는 작은 물방울들을 음이온을 발생시켜 미세 물방울들을 음극 방전핀(133)을 통하여 대전시키고 양극 포집판(134)에 달라붙게 하여 미세 물방울들을 포집하여 대기로 배출되어 백연을 발생시키지 않도록 하는 장치이다.
상기 음이온 발생 단자(131)는 하우징(10)에 지지된다. 음이온 발생 단자(131)가 브라켓과 같은 지지수단에 의해 하우징(10)에 지지된다. 음이온 발생 단자(131)에는 음이온 발생기(미도시)가 전기적으로 연결되어, 음이온 발생기에 의해 음이온 발생 단자(131)에서 음이온이 발생한다.
상기 음극 연결 단자(132)는 음이온 발생 단자(131)에 연결된다. 음극 연결 단자(132)는 하우징(10)에 브라켓 등의 지지수단에 의해 고정된다. 음극 연결 단자(132)는 하우징(10)의 전후 방향으로 일정 길이 연장된 바아 형상으로 구성된다. 음극 연결 단자(132)는 금속과 같은 통전성 재질로 구성된다. 복수개의 음극 연결 단자(132)가 하우징(10)에 지지된 상태에서 하우징(10)의 좌우 방향을 따라 일정 간격으로 배치된다.
상기 음극 연결 단자(132)에는 음극 방전핀(133)이 연결된다. 음극 방전핀(133)은 수직 방향으로 세워져서 배치된다. 음극 방전핀(133)의 상단부가 음극 연결 단자(132)에 연결된다. 음극 방전핀(133)의 상단부가 음극 연결 단자(132)의 하면에 연결된다. 복수개의 음극 방전핀(133)이 음극 연결 단자(132)에 연결된 상태에서 하우징(10)의 전후 방향을 따라 일정 간격으로 배치된다.
도 8을 참조하면, 상기 음극 방전핀(133)에는 일정 간격 이격하여 양극 포집판(134)이 배치된다. 이때, 절연체가 음극 방전핀(133)에 연결되고, 절연체에 양극 포집판(134)이 연결됨으로써 음극 방전핀(133)의 하단부에 양극 포집판(134)이 결합된 구조를 취한다.
도 1과 도 9에 도시된 바와 같이, 음이온 발생 장치(130)가 하우징(10)에 설치되어, 상기 음극 방전핀(133)에 결합된 양극 포집판(134)은 하우징(10)의 좌우 방향을 따라 나란하게 배치된다. 적어도 두 개 이상의 양극 포집판(134)이 하우징(10)의 좌우 방향을 따라 나란하게 배치된다. 이때, 양극 포집판(134)들 사이에는 공기 상승 공간이 확보된다.
상기 양극 포집판(134)의 하부에서 공기가 올라와서 음이온 발생장치(130)와 공기의 상호 작용에 의해 음이온이 발생하게 된다. 양극 포집판(134) 사이에 확보된 공기 상승 공간으로 공기가 올라와서 음이온 발생장치(130)와 공기의 상호 작용에 의해 음이온이 발생하게 되는 것이다.
상기한 구성의 본 발명을 도 1을 참조하여 설명하면, 산업에서 공기와 물의 특징을 이용하는 냉각탑에서 하우징(10)의 수조(12) 위쪽에 배치된 1차 공기 유입구(10IH)에서 공기가 하우징(10)의 내부로 유입된다. 상기 1차 공기 유입구(10IH)를 통해서 외부의 공기가 하우징(10)의 내부로 들어오면, 수조(12)에 저장된 물과 공기가 만나서 1차 열교환이 이루어지게 된다.
상기 1차 공기 유입구(10IH)의 상부에서 물과 공기가 충진부(13)에 의해 상호 교환 작용을 하고, 충진부(13)의 상부에서 살수부(14)에 의해 물을 살수하고, 상기 기액 분리부(15)에서는 살수부(14)의 상부에서 충진부(13)의 물과 공기의 열교환 작용에서 발생하는 수분과 살수부(14)에서 물의 분사와 공기의 유속에 접촉하여 비산되는 물방울 입자를 포집하고, 상기 기액 분리부(15) 상부에서 2차 공기 유입부를 통해서 외기를 유입하여, 상기 기액 분리부(15)(엘리미네이터) 상부의 혼합부(120)에서 2차 유입된 외기와 엘리미네이터 상부에서 토출되는 과포화 공기를 혼합하고, 혼합부(120)(도 1 및 도 9 참조)에서 감습과 감온된 과포화 공기를 혼합부(120)의 상부에 있는 음이온 발생 장치(130)에서 수분을 포집한 다음, 하우징(10)의 공기 배출부(10DH)를 통해서 공기를 배출하는 과정을 통해서 냉각탑의 냉각 작용이 이루어지도록 한다.
상기 혼합부(120)의 주요부인 2차 공기 유입구(122)는 하우징(10)의 내외표면으로 연통되어, 상기 2차 공기 유입구(122)를 통해서 하우징(10)의 외부에서 2차 공기가 하우징(10)의 내부로 유입되고, 상기 과포화 공기 유입 조정부(124A)에 의해 공기 혼합기(124)의 하부에서 과포화 공기 상승부(124B)를 통해서 과포화 공기가 올라와서 혼합 공기 조정부재(126)의 내부로 들어온 다음, 혼합 공기 조정부재(126)의 좌우 양쪽 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 형성된 사이드 혼합 공기 배출구(126SDH)를 통해서 혼합 공기가 배출되고, 상기 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)에 구비된 경사 혼합 공기 배출구(126SH)를 통해서 혼합 공기가 배출된 다음, 상기 혼합부(120)의 위쪽에 배치된 음이온 발생 장치(130)를 혼합 공기가 통과하여 수분 포화도를 낮추고 배출부(10DH)로 배출되는 과정을 거치게 된다. 공기 혼합기(124)는 2차 외기를 도입하고 과포화된 공기와 혼합하여 안정적으로 수분 포화도를 낮추기 위하여, 계절적으로 온도가 낮거나 높을 때, 장마철과 같이 습도가 높은 경우에 2차 공기 유입구(122)를 통하여 유입되는 유입구가 하나인 편흡입과 또는 두 군데의 양흡입을 선택하거나, 또는 혼합하는 구조를 다르게 선택할 수 있다.
이때, 도 3의 온도 습도 포화도 곡선에 의하면, 백연저감 냉각탑에 외부 공기가 유입하고, 1차 공기 유입(가), 과포화 발생공기(나), 과포화 발생공기(나)와 2차 도입공기(가)를 혼합하여 믹싱 공기(다)가 되고, 음이온 발생 장치(130)를 통과하여 수분 포화도를 낮추고 배출부(10DH)로 배출되는 과정을 거치게 된다.
도 3의 온도 습도 포화도 곡선에 의하면, 1차 공기 유입(가)과 2차 공기 유입(가) 시에 온도와 절대 습도가 가장 낮은 상태이다. 1차 공기 유입구(10IH)를 통하여 유입된 1차 공기(가)는 차갑고 낮은 습도를 갖는 외부 공기이며, 최상부에서 회전하는 배기팬(11)의 회전에 의해 상부로 이동하며 살수부(14)에서 살수되는 뜨거운 물과 열교환하는 충진부(13)를 지나며 열을 전달받고, 위로 상승하여 살수부(14)에서 뿌리는 뜨거운 물과 열교환을 하고, 기액 분리부(15)를 지나며 공기에 포함된 물방울들을 분리하여 미세 물방울이 회수되고, 냉각수와 열교환된 토출공기는 엔탈피에 의해 온도와 절대 습도가 포화선의 위쪽 영역으로 상승하여 과포화 발생공기(나)가 생성되고, 냉각수와 열교환된 토출공기와 2차 유입된 외기가 혼합되어 온도와 절대 습도가 포화선 위쪽의 영역에서 유지되면서 과포화 발생공기(나)에 비하여 낮은 온도와 낮은 습도의 외기와 혼합되어 상대적으로 온도와 절대 습도가 낮고, 동시에 1차 공기 유입(가)과 2차 공기 유입(가) 시의 외기 온도와 절대 습도에 비해서는 상대적으로 높은 상태로 유지되는 혼합 공기(다)가 형성되고, 2차 공기 유입된 외기의 낮은 온도로 인하여 혼합 공기는 온도가 떨어지고, 공기가 머금은 습기의 상태가 과포화 증기 상태로 되어 수증기가 응결하는 이슬점을 지나게 온도가 떨어지게 되어, 작은 물방울들이 형성되므로, 음이온 발생 장치(130)나 방전부(20)를 통과하며 미세 물방울들을 제거하고, 혼합 공기에서 수분 입자를 포집한 수분 포집 배출 공기(라)의 온도와 절대 습도는 포화선 상에서 유지된다.
상기 수분 포집 배출 공기의 온도와 절대 습도는 포화선 상에 있을 때에 공기 중으로 배출되며, 시간이 흘러가면서 무한정 많은 외기(가)와 섞이므로 궁극적으로 외기(가)와 동일한 온도와 습도를 갖는 위치로 이동하게 된다. 냉각수 입구 온도와 비교하여 온도가 떨어진만큼 외기(가)에 전달된 열량으로 인하여 냉각수와 열교환된 토출 공기(나)가 되는 것이다.
이처럼 수분 포화도를 낮추어서 백연이 발생하지 않도록 포화선 이내로 배출 공기를 만들고, 하우징(10)의 배출부(10DH)로 공기를 배출하는 과정을 거치면서 냉각탑의 냉각 작용이 이루어지게 된다.
이때, 상기 공기 혼합기(124)는 2차 외기를 도입하고 과포화된 공기와 혼합하여 안정적인 포화도를 낮추는 편흡입과 양흡입을 선택하여 2차 외기를 도입하여 혼합하는 구조를 가짐으로써, 백연 저감 효과를 가지게 된다.
상기 공기 혼합기(124)에 형성된 2차 공기 유입구(122)를 통해서 2차 외기가 공기 혼합기(124)의 내부(구체적으로, 혼합 공기 조정부재(126)의 내부)로 들어오고, 상기 혼합 공기 조정부재(126)의 사이드 혼합 공기 조정 배출구(126SDH)를 통해서, 2차 공기 유입구(122)를 통해 유입된 2차 외기와 과포화 공기 유입 조정부(124A)를 지나 혼합 공기 상승부(124B)로 유입된 과포화 공기가 혼합된 혼합 공기(다)가 배출되고, 상기 경사 혼합 공기 조정 배출구(126SH)를 통해서도, 2차 공기 유입구(122)를 통해 유입된 2차 외기와 과포화 공기 유입 조정부(124A)를 지나 혼합 공기 상승부(124B)로 유입된 과포화 공기가 혼합된 혼합 공기(다)가 배출되어 과포화된 공기와 혼합하여 안정적으로 수분의 포화도를 낮춤으로써 대기 중으로 배출되어 수증기가 응결되지 않도록 하는 백연 저감 효과를 가지게 되는 것이다. 공기 혼합기(124)는 1차 유입 공기와 냉각수가 열교환이 이루어지는 과정에서 발생된 과포화 공기와 2차 공기 유입구(122)를 통하여 유입된 2차 유입 공기와 혼합하여 온도를 낮추고, 낮은 포화도를 갖는 2차 유입 공기와 섞이므로, 배출 공기의 포화도를 떨어뜨려서 백연 저감 효과를 가지게 된다.
정리하면, 본 발명은 백연 저감 냉각탑에 1차 유입구(10IH)를 통하여 1차 공기 유입(가)이 되어, 냉각수와 열교환을 하여 공기의 온도가 상승하고, 수분으로 인하여 과포화 발생공기(나)가 발생하면, 공기의 포화도와 온도를 낮추기 위하여 과포화 발생공기(나)와 2차 공기 유입구(122)를 통하여 2차 도입공기(가)를 혼합하고 백연을 발생시키지 않도록 음이온 발생 장치(130)를 통과하여 공기 혼합기(124)를 통과하며 낮아진 온도로 인하여 수증기 응결로 발생될 수 있는 작은 물방울 형상의 수분을 추출하여 포화도를 낮추어 배출 공기(라)가 되고, 배출부(10DH)로 배출되어 무한정 많은 외기(가)와 섞여서 궁극적으로 외기(가)화기 되는 과정을 거치게 된다. 상기 공기 혼합기(124)에 형성된 2차 공기 유입구(122)를 통해서 2차 외기가 공기 혼합기(124)의 내부로 들어오고, 상기 공기 혼합기(124)의 혼합 공기 조정부재(126)에 의해 하우징(10)의 내부로 2차 외기가 유입되어 과포화된 공기와 혼합하여 공기의 포화도와 온도가 낮아져서 안정적으로 대기로 배출될 때에 수증기가 응결되지 않도록 하여, 백연 저감 효과를 높이는 효과가 있다.
다시 말해, 본 발명은 산업용 세정탑 내 물과 공기의 물리, 화학적 상호 교환 과정의 이론을 새롭게 해석하여 열교환 과정에서 발생하는 과포화 공기의 수분량과 비산으로 발생하는 수분량을 외기가 가진 에너지를 사용 혼합하는 기술과 음이온발생장치를 혼합하여 냉각탑에서 발생하는 백연을 감소시키거나 없애서 백연을 보는 민간인들의 불안감을 해소하고 냉각탑에서 사용되는 용수를 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명을 기존 냉각탑의 기액분리기의 위치에 대체 함으로서 기존설비의 개조가 필요없고 냉각탑 적용이 용이한 효과가 있다.
본 발명은 신설 냉각탑 적용이 용이하고 투자비용을 절감하는 효과가 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각탑의 구조를 개략적으로 보여주는 정면도, 도 10은 도 9에 도시된 코로나 방전부와 기액 분리부의 구조를 확대하여 보여주는 정면도, 도 11은 본 발명의 주요부인 방전부의 구조를 보여주는 도면, 도 12와 도 13은 본 발명의 주요부인 방전부의 집수판 셀의 변형된 실시예를 보여주는 도면, 도 14는 도 11에 도시된 집수판 셀과 방전핀 유닛의 구조를 확대하여 보여주는 평면도, 도 15와 도 16은 도 12와 도 13에 도시된 집수판 셀과 방전핀 유닛의 구조를 확대하여 보여주는 평면도, 도 17은 본 발명의 주요부인 집수판 셀과 보강재의 일부를 분해한 상태를 보여주는 사시도, 도 18은 도 17에 도시된 주요부인 집수판 셀에 보강재가 결합된 상태를 보여주는 사시도, 도 19는 도 18의 평면도, 도 20은 본 발명의 주요부인 집수판 셀과 방전핀 유닛의 일부를 보여주는 사시도, 도 21은 본 발명의 주요부인 집수판 셀과 방전핀 유닛의 일부 및 보강재의 변형된 실시예를 보여주는 사시도, 도 22는 도 21의 집수판 셀과 방전판 유닛의 일부를 보여주는 사시도, 도 23은 본 발명의 다른 주요부인 절연 애자와 프레임의 결합 구조를 보여주는 도면, 도 24는 본 발명의 다른 주요부인 절연 애자와 변형된 프레임의 결합 구조를 보여주는 도면, 도 25는 본 발명의 또 다른 주요부인 전원 공급부의 구조를 보여주는 도면, 도 26은 본 발명의 프레임과 방전핀 유닛 및 집수판(28P)의 일부를 확대하여 보여주는 정면도, 도 27은 도 26에 도시된 전원 공급부와 프레임 및 방전부의 구조를 보여주는 정면도, 도 28은 본 발명의 주요부인 방전핀 유닛의 사시도, 도 29는 도 28에 도시된 방전핀 부분을 확대하여 보여주는 사시도, 도 30은 도 29의 측면도, 도 31은 본 발명의 주요부인 방전핀 유닛의 변형된 실시예의 구조를 보여주는 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예는 냉각탑에서 배출공기의 수적(물방울)을 제거하는 기액 분리부(15)와, 냉각용으로 사용되어 고온화 된 물를 하우징(10)의 내부 하단으로 분사하는 살수부(14)와, 상기 살수부(14) 하단에 설치되어 분사된 하우징(10) 내로 유입되는 외기와 열교환 되며 습증기 형태로 변화되도록 하는 충진부(13)와, 상기 기액 분리부(15)의 상단에서 배출 공기 중에 습기의 응결로 생성된 미세 물방울을 포집하기 위하여, 음이온 방전을 발생시켜 수분입자에 대전을 일으키는 전기방전 장치와, 전기방전을 용이하게 하기 위한 방전핀(24)과, 대전된 수분입자를 효과적으로 포집하는 집수부(16)와, 전기 방전핀(24)과 집수판(28P)의 절연을 위한 절연 애자(44)(애자부)와, 전기 고압전원을 연결하는 전원 연결부(50)를 포함하며, 냉각탑의 배출부(10HO)를 통하여 배출될 공기에 포함되어 있는 수분입자를 포집하여 냉각탑의 용수를 절감하며, 사용되는 용수의 살균과, 냉각용 공기의 배출시 발생될 수 있는 백연을 감소시키거나 없애는 것을 특징으로 하는 수증기 저감 냉각탑을 제공한다. 전기방전 장치는 방전부(20)라 할 수 있으며, 방전부(20)의 방전핀(24)에 전원을 공급하여 코로나 방전이 이루어지도록 할 수 있다.
코로나 방전은 공기 중에 포함되어 있는 수증기(H2O)를 고전압으로 쪼개 플라즈마 상태로 수소 이온과 산소 이온을 발생시키며, 이때 OH 라디칼이 공기 중에 존재할 수 있는 병원균 세포에 달라붙어 세포벽을 파괴하여 살균 작용을 한다. 또한, 다수개의 마이너스 전극을 사용하여 기존의 음이온 발생 장치보다 많은 양의 플라즈마 이온을 안정적으로 생성하여, 미세 물방울의 포집을 원활하게 할 수 있게 된다. 본 발명에서 방전부(20)는 코로나 방전을 발생시키는 코로나 방전부를 의미한다.
상기 방전부(20)는 복수개의 방전핀 유닛(22)과 복수개의 집수판 셀(28)을 포함한다. 상기 방전핀 유닛(22)에는 방전핀(24)이 포함되고, 집수판 셀(28)은 복수개의 집수판(28P)에 의해 형성된다.
상기 집수판(28P)은 기액 분리부(15)의 상부에 배치된다. 방전핀(24)은 집수판(28P)에 인접 배치된다. 방전핀(24)은 얇은 금속판으로 구성된다. 방전핀의 돌기(25)가 집수판(28P)의 표면에 인접하도록 배치된다. 이때, 돌기(25)는 방전핀(24)의 위에서 볼 때에 삼각형으로 구성된다. 따라서, 방전핀(24)의 돌기(25)의 끝은 뾰족한 첨두부로 구성된 것이다. 집수판(28P)과 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 진행된다. 방전핀(24)에는 외부의 전원이 공급되어 방전핀(24)으로 전류가 흐르고, 방전핀(24)의 돌기(25)의 첨두부에 전류가 몰리면서 방전핀(24)과 집수판(28P) 사이에 코로나 방전이 진행된다. 방전 지지코어(23)와 방전핀(24)은 통전 가능한 재질로 이루어진다. 방전 지지코어(23)와 방전핀(24)은 금속재로 이루어질 수 있다.
상기 집수판(28P)은 냉각탑의 메인 바디라 할 수 있는 하우징(10)에 복수개로 배치되어 복수개의 집수판 셀(28)을 형성하고, 상기 집수판 셀(28)은 상부와 하부가 개방되고 내부가 중공인 통형상으로 이루어지며, 상기 집수판 셀(28)의 내부에 방전핀(24)이 내장되어, 상기 집수판(28P)과 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 일어나도록 구성된다. 집수판(28P)(24)은 금속재 판으로 구성될 수 있다.
본 발명은 방전핀 유닛(22)을 포함한다. 상기 방전핀 유닛(22)은 바아 형상의 방전 지지코어(23)에 방전핀(24)이 일정 간격 이격되어 복수개로 결합된다. 방전핀(24)은 중심부에 결합홀이 구비되고, 결합홀의 주위에는 결합보스가 구비된다. 방전 지지코어(23)는 원형 바아 형상이고, 방전핀(24)은 얇은 판 형상이고, 방전핀(24)의 결합홀은 원형홀 형상이고 결합보스는 원형 보스 형상이다. 상기 방전핀(24)의 결합보스가 방전 지지코어(23)에 끼워진 상태에서 용접에 의해 방전 지지코어(23)에 고정되므로, 방전핀(24)이 방전 지지코어(23)에 고정될 수 있다. 상기 방전핀 유닛(22)이 상기 하우징(10)에 내장된 집수판 셀(28)에 내장된다.
상기 방전핀(24)에 구비된 돌기(25)가 집수판 셀(28)을 형성하는 집수판(28P)의 표면에 일정 거리 이격되도록 배치된다. 이때, 상기 돌기(25)는 방전핀(24)의 중심부를 기준을 방사 방향으로 복수개로 배치되고, 상기 복수개의 돌기(25)는 집수판 셀(28)을 구성하는 각각의 집수판(28P)과 등거리로 유지되도록 구성된다.
상기 방전 지지코어(23)는 집수판 셀(28)의 중심부에 배치되고, 상기 돌기(25)는 집수판 셀(28)의 각각의 방전판 표면 쪽으로 돌출된 제1돌기(25A)와, 제1돌기(25A)에 비하여 더 짧은 거리로 돌출된 제2돌기(25B)를 포함할 수 있다.
상기 집수판 셀(28)은 위에서 볼 때에 사각형, 육각형, 원형으로 구성될 수 있다. 네 개의 집수판(28P)들이 사각형 통을 형성하도록 결합되어 격자형으로 배열되면, 각각의 집수판 셀(28)이 사각형이 되고, 여섯 개의 집수판(28P)들이 측단부끼리 이어지도록 결합되어 격자형으로 배열되면, 집수판 셀(28)이 사각형이 된다. 단일의 집수판(28P)이 원형으로 형성되어 격자형으로 배열되면, 각각의 집수판 셀(28)은 원형으로 구성된다.
상기 방전핀(24)의 돌기(25)는 집수판 셀(28)이 다각형인 경우 제1돌기(25A)와 제2돌기(25B)를 포함하여 구성되고, 상기 집수판 셀(28)이 원형인 경우 복수개의 돌기(25)는 동일한 길이로 돌출된다.
집수판 셀(28)이 사각형 또는 육각형일 때에 방전핀(24)의 제1돌기(25A)가 제2돌기(25B)보다 더 길어서, 제1돌기(25A)의 끝단(뾰족한 첨두부)과 집수판(28P) 사이의 거리 ⓐ와 제2돌기(25B)의 끝단(뾰족한 첨두부)과 집수판(28P) 사이의 거리 ⓑ가 동일하다. 즉, 집수판 셀(28)이 다각형일 띠에 집수판(28P)의 복수개의 돌기(25)가 집수판 셀(28)을 구성하는 각각의 집수판(28P)과 등거리로 유지될 수 있는 것이다.
또한, 집수판 셀(28)이 원형일 때에는 방전핀(24)의 모든 돌기(25)의 끝단과 집수판(28P)의 표면 사이의 거리는 동일하게 된다. 즉, 방전핀(24)의 어느 하나의 돌기(25)의 끝단과 집수판(28P) 사이의 거리 ⓐ와 다른 하나의 돌기(25)의 끝단과 집수판(28P) 사이의 거리 ⓑ가 동일하다. 각 집수판(28P)의 셀의 집수판(28P)이 원형인 경우에는 방전핀(24)의 모든 돌기(25)의 돌출 길이를 동일하게 하면, 모든 돌기(25)와 집수판(28P) 사이의 거리가 등거리로 유지된다.
상기와 같이 방전핀(24)의 모든 돌기(25)들의 끝단이 집수판(28P)의 표면과 등거리가 됨으로써 집수판 셀(28)의 내부에서 균일한 플라즈마 방전이 진행될 수 있다.
한편, 상기 집수판 셀(28)이 원형인 경우 위쪽의 방전핀(24)의 돌기(25)와 아래쪽의 방전핀(24)의 돌기(25)들이 서로 상하로 엇갈리게 배치된다. 이러한 경우, 집수판(28P)의 표면과 방전핀(24)의 돌기(25) 사이에 비방전 공간부가 생기는 경우를 최소화시켜서 코로나 방전 효율을 극대화하여 집수 효율을 증가시키기 위함이며, 공해 물질의 배출을 최소화하고, 냉각탑 용수 내에 번식할 수 있는 균류들을 사멸시키기 위함이다.
또한, 상기 돌기(25)는 방전핀(24)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 배치되어, 복수개의 돌기(25)가 방전핀(24)에 구비되는데, 상기 방전핀(24) 셀이 다각형일 경우에는 방전핀(24)의 모든 돌기(25)들의 길이가 동일하고, 상기 방전핀(24)들 중에서 일부의 방전핀(24)들이 상부 또는 하부로 일정 각도 절곡되도록 연장된 절곡형 돌기(25)로 구성된다. 예를 들어, 상기 집수판 셀(28)이 사각형 또는 육각형일 경우, 방전핀의 돌기(25)들 중에서 일부의 돌기(25)들의 끝단과 집수판(28P)의 표면 사이의 거리가 동일하고, 나머지 돌기(25)들의 끝단과 집수판(28P)의 표면 사이의 거리도 서로 다를 수 있는데, 상기 집수판(28P)과 그 끝단 사이의 거리가 다른 나머지 돌기(25)들은 상기 방전핀 유닛(22)의 옆에서 볼 때에 상부 또는 하부 쪽으로 절곡되도록 형성하면, 방전핀(24)의 모든 돌기(25)들의 끝단과 집수판(28P) 사이의 거리가 동일한 등거리 상태로 구성될 수 있다.
상기와 같은 절곡형 돌기(25)들로 인하여 방전핀(24)의 모든 돌기(25)들의 끝단이 집수판(28P)의 표면과 등거리가 됨으로써 집수판 셀(28)의 내부에서 균일한 코로나 방전이 진행될 수 있다.
또한, 복수개의 집수판(28P)이 교차되도록 결합된 집수판 셀(28)이 상기의 하우징(10)의 내부에서 격자 배열 형태를 이루며, 상기 집수판(28P)의 교차부에는 보강재(30)이 결합된다. 보강재(30)은 각 집수판 셀(28)의 각 집수판(28P)의 교차된 형태와 동일한 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 보강재(30)은 각 집수판 셀(28)의 각 집수판(28P)의 교차된 형태와 동일한 형상으로 분기되어 각각의 교차된 집수판(28P)에 끼워질 수 있도록 단면 채널 형상으로 이루어진 복수개의 분기 클립부재로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 분기 클립부재가 각각의 교차된 집수판(28P)에 끼워지므로, 각각의 집수판 셀(28)의 형상을 유지하기 위한 강도를 극대화하고 제작의 편의성이 있다. 상기 집수판 셀(28)이 사각형인 경우 상기 분기 클립부재는 십자형으로 분기되어, 상기 십자형으로 분기된 각각의 분기 클립부재가 각각 십자형으로 교차된 네 개의 집수판(28P)에 각각 끼워지므로, 상기 보강재(30)을 각각의 교차된 집수판(28P)에 결합할 수 있으며, 상기 집수판(28P)에 결합된 보강재(30)에 의해 각각의 집수판 셀(28)의 형상을 유지하기 위한 강도를 극대화하고 제작의 편의성이 있는 것이다.
한편, 상기 보강재(30)는 서로 교차된 집수판(28P)의 표면에 부착되어 강도를 보강하는 구성이 될 수도 있다. 상기 집수판 셀(28)이 사각형인 경우 상기 보강재(30)은 기역자 형상으로 분기된 보강재(30)편을 포함하도록 구성되어, 각각의 보강재(30)편이 직각 방향으로 교차된 집수판(28P)들에 용접 등으로 결합됨으로써, 상기 집수판(28P)들에 결합된 보강재(30)에 의해 각각의 집수판 셀(28)의 형상을 유지하기 위한 강도를 극대화하고 제작의 편의성이 있게 된다.
또한, 상기 집수판(28P)의 교차부는 용접부로 접합될 수도 있다. 용접부는 스폿 용접으로 구성될 수 있는데, 서로 교차된 집수판(28P)의 교차부를 스폿 용접으로 처리하여도 각각의 집수판 셀(28)의 형상을 유지하기 위한 강도를 극대화하고 제작의 편의성이 있다.
본 발명에서는 하우징(10)의 내부에 프레임(40)이 설치된다. 프레임(40)은 집수판 셀(28)의 상부에 배치되도록 하우징(10)의 내부에 고정된다. 이때, 상기 프레임(40)은 냉각탑의 위에서 볼 때에 격자형으로 배열되어 서로 연결된 복수개의 프레임(40) 바아로 구성될 수 있다. 즉, 프레임(40)이 냉각탑의 위에서 볼 때에 격자형 틀 형상으로 구성될 수 있다.
상기 하우징(10)의 내부에는 기액 분리부(15)의 상측에 배치되도록 격자 배열 구조의 지지보(42)가 구비된다. 지지보(42)는 하우징(10)의 내부에 미도시된 볼트와 너트 또는 용접과 같은 고정수단에 의해 고정될 수 있으며, 하우징(10)의 위에서 볼 때에 복수개의 격자보가 격자형으로 배열될 수 있다. 이때, 지지보(42)는 장지보 콘크리트나 장지보 에이치 빔으로 구성될 수 있다.
전기 방전 장치인 방전부(20)를 보강하기 위하여 보강재(30) 등과 지지보(42), 프레임(40) 등을 사용하는 이유는 겨울철의 날씨가 혹한일 경우에 외부 대기의 온도가 무척 낮아서, 냉각탑 상부에 배치된 전기 방전 장치에 증발된 수증기가 이슬점 아래로 내려가고, 수증기가 응결되어 방전부(20) 등의 구성에 얼음으로 부착되면, 부착된 얼음으로 인하여 냉각탑이 무너지는 결과를 초래할 수 있기 때문이다.
상기 지지보(42) 위에는 절연 애자(44)가 설치된다. 절연 애자(44)는 지지보(42) 위에 앵커볼트와 같은 고정수단에 의해 지지보(42) 위에 설치될 수 있다. 절연 애자(44)의 하단부에 고정판이 구비되고, 고정판을 관통한 앵커볼트가 지지보(42)에 결합되어, 절연 애자(44)가 지지보(42)에 고정될 수 있다. 이때, 지지보(42)가 하우징(10)의 내부에 격자형으로 배열되므로, 절연 애자(44)도 하우징(10)의 내부에 격자형으로 배열될 수 있다.
상기 절연 애자(44)에 상기 프레임(40)이 지지되어 하우징(10)의 내부에 배치된다. 절연 애자(44)에 지지바아가 구비되고, 지지바아는 프레임(40)에 연결되어 프레임(40)이 절연 애자(44)에 지지되어 하우징(10)의 내부에 배치된 구조를 취한다. 지지바아는 프레임(40)에 형성된 바아 결합홀을 관통하도록 결합되고, 지지바아에 구비된 한 쌍의 상하부 너트는 프레임(40)의 상면과 저면에 가압 밀착되어, 상기 지지바아가 프레임(40)에 연결될 수 있으며, 상기 지지보(42) 위에 지지바아가 연결되어 있어서, 상기 프레임(40)이 지지보(42)에 의해 지지되어 하우징(10)의 내부에 설치된 구조를 취할 수 있다. 이때, 상기 프레임(40)은 전극 프레임(40)이라 할 수 있으며, 상기 프레임(40)에는 외부의 전원 공급부가 연결되어, 전원 공급부에서 프레임(40)으로 전원이 공급되고, 상기 절연 애자(44)에 의해서 프레임(40)을 제외한 나머지 부분(냉각탑의 하우징(10) 등)은 절연될 수 있다.
또한, 상기 절연 애자(44)의 주위에는 애자 보호 절연체(45)가 구비된다. 애자 보호 절연체는 판형상으로 구성될 수 있는데, 냉각탑 내부에 높은 습도를 갖는 냉각 공기가 상부로 올라와 공기에 포함되어 있는 미세 물방울이 절연 애자(44)에 결로되지 않도록 절연 애자(44) 주위에 애자 보호 절연체(45)가 배치된다. 절연 애자(44)에 물방울 등이 응결되어 부착되면 절연체의 역할이 저하될 수 있기 때문이다. 애자 보호 절연체(45)의 하단부가 지지보(42)의 상면에 미도시된 볼트 등의 고정수단으로 고정될 수 있다. 또한, 상기 애자 보호 절연체(45)는 하부에 포집수 배출홀(46)이 구비되어, 상기 방전부(20)에서 포집된 포집수가 애자 보호 절연체(45)의 안쪽에 떨어지더라도 포집수 배출홀(46)을 통해 밖으로 빠져나온다.
또한, 상기 절연 애자(44)를 지지하는 지지보(42) 사이에 집수판 셀(28)이 배치된다. 집수판 셀(28)은 복수개의 집수판(28P)이 교차되도록 결합되며, 복수개의 집수판 셀(28)이 상기 하우징(10)의 내부에 격자형으로 배열될 수 있다. 집수판 셀(28)들이 기액 분리부(15)의 상부에 배치된다. 복수개의 격자 배열 형태 집수판 셀(28)들이 기액 분리부(15)의 위에 설치된다.
이때, 지지보(42)의 옆에는 복수개의 집수판 셀(28)의 일부 집수판(28P)이 인접되도록 배열되므로, 상기 포집수 배출홀(46)을 통해 빠져나온 포집수가 집수판(28P)의 표면을 타고 흘러내려서 아래의 기액 분리부(15)로 낙하하게 된다. 상기 애자보호 절연체에 의해 절연 애자(44)가 보호될 수 있으며 동시에 방전부(20)에서 플라즈마 방전에 의해 포집될 포집수가 집수판 셀(28)이 아닌 애자 보호 절연체(45)에 부착하더라도 애자 보호 절연체(45)의 하부에 있는 포집수 배출홀(46)을 통해 빠져나와 흘러내리므로 포집수가 고여서 통전이 되는 경우가 방지될 수 있다.
상기 전원 연결부(50)는 관통형 애자 고정부(52), 관통형 애자(54), 고압 전원 공급 보호 케이블(56)을 포함한다.
상기 관통형 애자 고정부(52)는 일정 면적의 판형상으로 이루어질 수 있으며, 관통형 애자 고정부(52)의 일단부가 하우징(10)에 볼트와 브라켓과 같은 고정수단으로 연결된다. 관통형 애자 고정부(52)는 상기 하우징(10)에 수평 방향으로 배치된다.
상기 관통형 애자 고정부(52)의 상면과 저면에 한 쌍의 관통형 애자(54)가 고정된다. 한 쌍의 관통형 애자(54)의 하단부가 각각 브라켓과 볼트 등의 고정수단으로 관통형 애자 고정부(52)의 상면과 저면에 각각 연결된다.
상기 프레임(40)에 방전 지지코어(23)가 결합된다. 다시 말해, 상기 프레임(40)에는 방전핀홀이 구비되어, 상기 방전핀(24)홀에 방전핀 유닛(22)의 방전 지지코어(23)가 삽입되어 체결구에 의해 고정된다. 본 발명에서 체결구는 방전 지지코어(23) 외주면의 나사부에 결합된 한 쌍의 너트로 구성될 수 있으며, 상기 한 쌍의 너트는 각각 프레임(40)의 상면과 저면에 가압되므로, 방전 지지코어(23)가 프레임(40)에 고정되며, 방전 지지코어(23)가 프레임(40)에 고정됨으로써 프레임(40)에 방전핀 유닛(22)이 연결된 구조를 취한다. 프레임(40)은 하우징(10) 내부에 격자형으로 배치된 집수판 셀(28)의 위에 격자형으로 수평 배치되고, 상기 방전 지지코어(23)가 프레임(40)에 연결되므로, 상기 복수개의 방전핀 유닛(22)의 방전핀(24)이 상기 복수개의 격자 배열 형태의 집수판 셀(28)에 내장된 구조를 취한다.
상기 고압 전원 공급 보호케이블은 한 쌍의 관통형 애자 고정부(52)와 관통형 애자 고정부(52)를 동시에 관통한다. 고압 전원 공급 보호 케이블(56)에 내장된 고압 전원선이 상기 프레임(40)에 연결되어, 프레임(40)에 고압의 전원이 공급되며, 프레임(40)은 금속재와 같은 통전성의 부재로 구성되고, 상기 프레임(40)에는 통전성의 방전핀 유닛(22)이 연결되므로, 상기 프레임(40)으로 공급된 고압의 전원에 의해 상기 방전핀 유닛(22)의 각각의 방전핀(24)과 집수판(28P) 사이에서 코로나 방전이 진행될 수 있다.
상기한 구성의 본 발명에 의하면, 상기 하우징(10)의 수조(12) 쪽에서 위쪽의 방전핀 유닛(22) 쪽으로 공기가 올라올 때에 상기 방전핀(24)과 집수판(28P) 사이에서 코로나가 발생되어 습기 입자를 코로나 방전하고, 이러한 코로나 방전에 의해 수분 입자를 포집하게 된다. 수분 입자가 대전되어 집수판(28P)에 수분 입자가 포집되므로, 집수판(28P)에서 물방울이 기액 분리부(15) 쪽으로 낙하하게 된다. 즉, 본 발명에서는 냉각탑 내부의 용수 외기 공기의 열교환 과정에서 발생하는 과포화 공기에 포함되어 있는 수분 입자에 방전핀 유닛(22)에 의해 전기적인 방전을 실시하여, 수분입자를 대전시켜 포집하며, 2차 외부 공기를 과포화 공기와 혼합하여 온도를 낮추어 수증기 응결을 유도하여 발생되는 미세 물방울도 포집하고, 배출될 공기 중에 포함된 수증기(H2O)를 고전압으로 쪼개 플라즈마 상태로 수소 이온과 산소 이온을 발생시켜, 수소 이온이 산소와 결합하여 OH 라디칼을 형성하여 용수를 살균하며, 과포화 공기와 불포화 공기의 수분량 차이를 회수함으로써, 냉각탑에서 과포화 공기로 배출되어 백연을 발생시키는 것을 방지하거나 백연 발생 빈도를 줄이게 된다.
또한, 상기 코로나 방전부(20)는 판상이나 핀 형태의 직선으로 형성되어 공기의 흐름과 반대의 흐름으로 하여 수직 방향으로 위치하며, 수평 방향으로 하우징(10)의 단면적에 맞게 서로 이격 되어 형성되는 복수 개의 집수판(28P) 및 상기 집수판(28P)의 사이에서 복수 개가 수평 방향으로 연장되며 수직 방향으로 서로 이격되어 위치하는 프레임(40) 및 프레임(40)에 형성되는 결합홀과 외측에 형성되는 돌기(25)를 구비하는 방전핀(24)과 프레임(40)의 결합하는 결합홀과 상기 프레임(40)에 결합되는 방전핀(24)을 포함하며, 상기 집수판(28P)과 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 진행되도록 형성될 수 있다. 도 11, 도 12, 도 13 중에 각각 도면의 (C)에서 공기 흐름은 코로나 방전부(20) 아래에서 코로나 방전부(20) 쪽으로 생기고, 상기 집수판 셀(28)은 내부의 공간부가 수직 방향으로 배치되도록 하우징(10)에 내장되며, 상기 방전핀 유닛은 집수판 셀(28)의 내부에 수용되어 수직 방향으로 배치되어, 상기 집수판(28P)과 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 진행되는 것이다.
상기 방전핀(24)은 판상이나 봉상으로 형성되어 상기 하우징(10) 내부에 공기의 흐름과 반대되는 방향으로 위치하며, 수평 방향으로 서로 이격되어 형성되는 복수 개의 집수판(28P) 및 집수판(28P)의 사이에서 복수 개가 수직 방향으로 연장되며, 수평 방향으로 서로 이격되어 위치하는 프레임(40) 및 프레임(40) 중앙에 형성되는 결합홀과 외측에 형성되는 돌기(25)를 구비하며 상기 결합홀을 통하여 상기 프레임(40)에 결합되는 방전핀(24)을 구비하는 방전핀 유닛(22)을 포함하며, 상기 집수판(28P)과 방전핀 유닛(22)을 구성하는 각각의 방전판 사이에서 코로나의 방전이 진행될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명에서 집수판 셀(28)은 상부와 하부가 개방되고 내부가 중공인 사각통 형상, 육각통 형상 및 원통 형상이 격자 형상으로 배열되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 방전 효율을 극대화하기 위하여 집수판(28P)과 방전핀(24)의 돌기(25)와의 이격 거리를 등거리로 구성한다. 집수판 셀(28)이 사각이거나 집수판 셀(28)이 육각형이면, 제1돌기(25A)보다 제2돌기(25B)의 길이가 더 짧아서 제1돌기(25A)와 집수판(28P) 사이의 거리 ⓐ와 제2돌기(25B)와 집수판(28P) 사이의 거리 ⓑ가 동일한 거리가 되므로, 방전 효율을 극대화시킬 수 있다. 방전핀(24)의 모든 돌기(25)에서 코로나 방전이 고르게 진행되므로, 방전 효율을 극대화할 수 있는 것이다. 방전핀(24)의 모든 돌기(25)의 길이가 같게 하면 원통형 집수판(28P)과 방전핀(24)의 돌기(25) 사이의 거리가 동일하므로, 방전 효율을 극대화된다. 이때, 집수판 셀(28)이 원통형인 경우에는 위쪽의 방전핀(24)의 돌기(25)와 아래쪽의 방전핀(24)의 돌기(25)가 상하 동일 선상에 있지 않고 서로 어긋난 위치에 배열된다. 이러한 경우에는 코로나 방전이 생기지 않는 휴지 공간이 최대한 줄어들게 되므로, 방전핀(24)의 효율을 더욱 확실하게 극대화시킬 수 있다.
코로나 방전이 고르게 발생하게 되면, 방전핀(24)과 집수판(28P) 사이를 상승하며 지나가는 공기에 포함된 미세 물방울 입자들이 고르게 대전이 되어 집수판(28P)에 부착되어 집수가 효율적으로 이루어지므로, 물방울이 증발하여 냉각탑 내부의 공기를 과포화 공기로 만들 기회를 없애며, 냉각탑의 용수를 회수할 수 있게 된다. 즉, 배출된 공기에 포함된 수증기를 불포화 상태로 만들면 냉각탑의 배출부(10OH)에서 배출되는 공기에서 대기와 접하여 수증기 응결이 발생되지 않으므로, 백연 발생을 방지할 수 있다.
한편, 방전핀(24)의 조립은 나선형으로 구성하여 방전의 사각을 최소화할 수 있다. 복수개의 방전핀(24)의 끝단 뾰족한 첨두부가 방전 지지코어(23)의 상단부에서 하단부 쪽으로 갈수록 일정 각도씩 원주 방향으로 어긋나도록 함으로써 방전핀(24)의 각 첨두부가 방전 지지코어(23)를 기준으로 나선형 궤적에 배치되며, 이로 인하여 방전의 사각을 최소화할 수 있고, 방전의 사각을 최소화시킨다는 것은 코로나 방전 효율을 극대화시킨다는 것을 의미한다.
또한, 상기 집수판(28P)의 제작에 있어서 집수판(28P)의 고정 강도와 직각, 육각, 원형 등의 형상을 유지하고 강도를 극대화하고 제작의 편리를 위하여 클립고정, 스폿 용접 구조를 포함할 수 있다. 상기한 바와 같이, 보강재(30)이 집수판(28P)들의 교차부에는 결합되어, 집수판(28P)의 고정 강도와 직각, 육각, 원형등의 형상을 유지하고 강도를 극대화하고 제작의 편리성을 기할 수 있다. 보강재(30)과 집수판(28P)을 스폿 용접할 경우에는 집수판(28P)의 고정 강도와 직각, 육각, 원형등의 형상을 유지하고 강도를 극대화하고자 하는 목적을 더욱 확실하게 달성할 수 있다.
또한, 상기 방전핀(24)과 방전핀(24)을 지지(즉, 방전핀 유닛(22)을 지지)하는 프레임(40)을 집수판(28P)과 이격하는 절연 애자(44)의 위치를 집수판(28P) 상부가 아닌 냉각탑 하우징(10)의 지지보(42)(격자보)에 설치하여 코로나 장치의 프레임(40)과 방전핀(24)의 하중을 분산시킨다. 하중을 분산시킴으로써 프레임(40)의 지지 구조는 물론 방전핀 유닛(22)의 지지 구조를 견고하게 할 수 있다. 이때, 지지보(42)는 장치보 콘크리트나 장치보 에이치빔으로 구성할 수 있다. 도 12 참조.
또한, 방전핀 유닛(22)(방전핀(24)부)의 전원공급 손실을 최소화하기 위하여 전원 공급부를 코로나 장치의 최근접으로 설치한다. 또한, 전원공급 연결부의 관통형 애자(54), 절연 애자 고정부, 고압 케이블 연결부, 방전핀(24) 프레임 연결부, 관통형 애자 고정부(52)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 절연 애자 고정부는 관통형 애자 고정부(52)와 절연 애자 고정부를 서로 연결하여 고정하는 부분이다. 절연 애자 고정부는 브라켓과 볼트 등이 될 수 있다. 상기 방전핀(24) 프레임 연결부는 고압 케이블(고압 전선)을 프레임(40)에 연결하는 부분이다.
또한, 수분입자는 액적의 표면 바깥부분의 여러 층쪽으로 음이온이 향해 있는 쌍극자 특성을 이용하여 수분입자의 효율적인 대전을 실행함으로써, 수분입자 포집효율을 극대화하기 위하여 음이온 방전을 적용한다. 방전핀(24)부는 음극을 집수부(16)에는 양극을 결선하여 반드시 음이온 방전을 시행할 수 있다. 집수판(28P)에 양극을 결선하고 프레임(40)과 방전핀 유닛(22)에는 음극을 결선한다.
또한, 집수판(28P)의 면적효율을 최대화하기 위하여 냉각탑 하우징(10) 내 격자보 사이에 집수판 셀(28)을 설치할 수 있다.
본 발명에서는 기액 분리부(15) 상부에 설치된 방전부(20)를 더 구비하며, 상기 방전부(20)는 공기와 물의 접촉 열교환 과정에서 발생 배출되는 과포화 공기의 수분 입자에 코로나 방전에 의하여 수분 입자를 대전시켜 수분을 포집한다.
본 발명의 음극방전을 이용함으로써 수분입자의 대전 효율을 높여 냉각탑 내부 공기 중에 포함되어 있는 수분입자를 용이하게 포집함으로서 용수 회수율을 극대화하여 백연 발생을 없애거나 발생 빈도를 줄이는 효과가 있다.
본 발명의 백연 저감 냉각탑은 코로나 장치의 방전부(20)와 집수부(16)의 하중을 분산하여 냉각탑 하우징(10)의 집중 하중을 분산 하중으로 개선하는 효과가 있다.
본 발명의 백연 저감 냉각탑은 코로나 장치의 방전핀(24)부의 돌기(25)를 뾰족하게 개선하여 대전효율을 극대화하는 효과가 있다. 상기와 같이, 방전핀(24)의 돌기(25)들과 집수판(28P) 사이의 거리를 등거리로 유지하여 대전효율을 극대화시킬 수 있다. 대전 효율의 극대화는 냉각탑 내부의 공기 중에 포함되어 있는 미세 수분 입자들이 대전되어, 집수판(28P)에 달라붙게 되므로, 수분 입자의 포집 효율을 극대화시킬 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 상기 방전핀(24)의 돌기(25)는 방전핀(24)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 배치되고, 각각의 돌기(25)는 방전핀(24)의 중심부에서 바깥으로 갈수록 점점 양쪽 폭이 좁아져서 돌기(25)의 끝단이 뾰족하게 형성(첨두부로 형성)되므로, 고압 전원 인가시 전하가 돌기(25)의 뾰족한 끝단에 모이면서 코로나 방전이 상당히 원활하게 이루질 수 있다. 방전핀(24)의 돌기(25)의 양쪽 폭을 점점 작아지게 구성하고 돌기(25)의 끝단을 뾰족한 첨두부로 형성한 이유가 여기에 있다.
본 발명의 백연 저감 냉각탑은 코로나 장치의 집수부(16)를 냉각탑 지지보(42) 사이에 설치하여, 하우징(10)의 공간 효율을 증가시키며, 별도의 보강장치기 필요 없이 냉각탑 지지보(42)의 측면에 설치하여 냉각탑 설치 비용의 개선 효과가 있다.
본 발명의 백연 저감 냉각탑은 냉각탑 내에서 열교환 과정에 생성되는 과포화 수증기의 수분입자를 대전시켜 포집함으로서 냉각탑에서 사용되는 용수를 저감하여 백연 발생을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 냉각탑에서 배출되는 수분입자를 포집 하여 회수함으로써 입자 형태로 배출되어 설비의 부식 발생을 감소시켜 설비의 수명 연장을 하는 효과가 있다.
본 발명은 각종 산업 현장에서 배출되는 과포화 공기에 포함되어 있는 수분입자를 포집 회수함으로써 백연 발생을 방지하고 시각적으로 보이는 흰 수증기가 배출되는 것을 보고 해로운 물질 유출 우려에 의한 민원 발생을 감소시키는 효과가 있다.
한편, 도 32는 본 발명의 방전핀 유닛을 구성하는 방전핀의 일례로서 방전핀에 세로홈이 형성된 상태를 개략적으로 보여주는 평면도, 도 33은 본 발명의 방전핀 유닛을 구성하는 방전핀에 세로홈과 돌기가 형성된 상태를 개략적으로 보여주는 정면도이다.
도 32와 도 33에 도시된 바와 같이, 집수판(28P)에는 복수개의 세로홈(VG)이 형성되고, 집수판(28P)의 하단부에는 돌기(PP)가 구비되어, 상기 세로홈(VG)에 의해 물이 맺힌 것이 아래로 흐르도록 하고, 상기 돌기(PP)로 물이 맺힌 것이 떨어지도록 하여, 집수판(28P)에 맺힌 물방울로 인하여 지장을 받던 코로나 방전이 원활하게 일어나 물방울들이 대전이 원활히 되도록 구성한다.
상기 집수판(28P)에서 물방울이 떨어지는 것이 효율적일수록 배출 공기가 포함하고 있는 수분 입자를 효율적으로 감소시킬 수 있기 때문이다. 즉, 집수판(28P)의 표면에 맺힌 물방울들이 아래로 흘러서 제거되면, 방전핀(24)에서부터 집수판(28P) 사이에서 발생되는 플라즈마가 표면에 맺힌 물방울로 인하여 방해받지 않고, 플라즈마를 원활히 발생시켜 수분 입자를 대전시켜, 집수판(28P)에 부착 효율을 증가시킬 수 있는 것이다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
10. 하우징 11. 배기팬
12. 수조 13. 충진부
14. 살수부 15. 기액 분리부
16. 집수부 20. 방전부
22. 방전핀 유닛 23. 방전 지지코어
24. 방전핀 25. 돌기
25A. 제1돌기 25B. 제2돌기
28. 집수판 셀 28P. 집수판
30. 보강재 40. 프레임
42. 지지보 44. 절연 애자
50. 전원 연결부 52. 관통형 애자 고정부
54. 관통형 애자 120. 혼합부 122. 2차 공기 유입구 124. 공기 혼합기
124A. 과포화 공기 유입 조정부 124B. 과포화 공기 상승부
126. 혼합 공기 조정부재
126SP. 경사 혼합 공기 조정 배출편
126SH. 경사 혼합 공기 조정 배출구
126SDP. 사이드 혼합 공기 조정 배출편
126SDH. 사이드 혼합 공기 배출구
130. 음이온 발생장치 131. 음이온 발생 단자
132. 음극 연결 단자 133. 음극 방전핀
134. 양극 포집판

Claims (17)

  1. 하우징(10);
    상기 하우징(10)의 1차 공기 유입구(10IH)를 통하여 들어온 공기와 물이 만나서 1차 열교환이 이루어지는 수조(12);
    상기 수조(12)의 상부에 구비된 1차 공기 유입구(10IH);
    상기 1차 공기 유입구(10IH)의 상부에 구비되어 상기 1차 공기 유입구(10IH)를 통해 유입된 공기와 물이 상호 열교환 작용을 하는 충진부(13);
    상기 충진부(13)의 상부에서 물을 살수하는 살수부(14);
    상기 살수부(14)의 상부에서 상기 충진부(13)의 물과 공기의 교환 작용에서 발생하는 수분과 상기 살수부(14)에서 물의 분사와 공기의 유속에 접촉하여 비산되는 물방울 입자를 포집하기 위한 기액 분리부(15);
    상기 기액 분리부(15)의 상부에서 2차 유입된 외기와 상기 기액 분리부(15)의 상부에서 토출되는 과포화 공기를 혼합하는 혼합부(120);
    상기 혼합부(120) 상부에서 음이온을 발생시켜서 상기 혼합부(120)에서 감습과 감온된 과포화 공기에서 수분을 포집하는 음이온 발생장치(130);
    상기 음이온 발생장치(130) 상부에서 공기를 배출하는 배출부(10DH);를 포함하여 구성되고,
    상기 혼합부(120)는,
    상기 기액 분리부(15)의 상부에 배치되어 상기 하우징(10)의 내외표면으로 연통된 2차 공기 유입구(122);
    상기 하우징(10)에서 상기 기액 분리부(15)의 위쪽 공간부에 배치된 공기 혼합기(124);를 포함하여 구성되고,
    상기 공기 혼합기(124)는,
    브이자 형상으로 이루어져 상기 기액 분리부(15)의 상부에 배치된 다수개의 과포화 공기 유입 조정부(124A);
    다수개의 상기 과포화 공기 유입 조정부(124A) 사이에 형성된 과포화 공기 상승부(124B);
    좌우 양쪽 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)을 구비하여 상기 과포화 공기 상승부(124B)의 위쪽에 배치된 혼합 공기 조정부재(126);를 포함하여 구성되고,
    상기 혼합 공기 조정부재(126)에서 상기 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)과 마주하는 위치에 상기 2차 공기 유입구(122)가 구비되고, 상기 사이드 혼합 공기 조정 배출편(126SDP)에 사이드 혼합 공기 배출구(126SDH)가 구비되고, 상기 경사 혼합 공기 조정 배출편(126SP)에 경사 혼합 공기 배출구(126SH)가 구비되고,
    상기 하우징(10)의 내부에서 공기와 물의 접촉 열교환 과정에서 발생 배출되는 과포화 공기의 수분 입자에 코로나 방전에 의하여 수분 입자를 대전시켜 수분을 포집하는 방전부(20);를 포함하여 구성되고,
    상기 방전부(20)는,
    상기 기액 분리부(15)의 상부에 배치된 집수판(28P);
    상기 집수판(28P)에 인접 배치된 방전핀(24);을 포함하여 구성되며,
    상기 집수판(28P)과 상기 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 진행되도록
    구성되고,
    상기 집수판(28P)은 상기 하우징(10)에 복수개로 배치되어 복수개의 집수판 셀(28)을 형성하고, 상기 집수판 셀(28)은 상부와 하부가 개방되고 내부가 중공인 통형상으로 이루어지며, 상기 집수판 셀(28)의 내부에 상기 방전핀(24)이 내장되어 상기 집수판(28P)과 상기 방전핀(24) 사이에서 코로나 방전이 일어나도록 구성되고,
    상기 방전핀(24)이, 바아 형상의 방전 지지코어(23)에 일정 간격 이격되어 복수개로 결합된 방전핀 유닛(22)을 형성하며, 상기 복수개의 방전핀(24)이 상기 하우징(10)에 내장된 상기 집수판 셀(28)에 내장되고,
    상기 집수판(28P)에는 복수개의 세로홈(VG)이 형성되고, 집수판(28P)의 하단부에는 돌기(PP)가 구비되어, 상기 세로홈(VG)에 의해 물이 맺힌 것이 아래로 흐르도록 하고, 상기 돌기(PP)로 물이 맺힌 것이 떨어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기액 분리부(15)는 엘리미네이터로 구성된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(10) 내부의 공기 흐름을 온도 습도 포화도 곡선에 의하여 설명될 수 있으며, 1차 공기 유입(가), 과포화 발생공기(나), 2차외기 도입(가), 과포화 발생공기(나)와 2차 도입공기(가)를 혼합하고 상기 음이온 발생장치(130)를 통과하여 수분 포화도를 낮추고 상기 배출부(10DH)로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온도 습도 포화도 곡선에 의하면, 1차 공기 유입(가)과 2차 공기 유입(가) 시에 온도와 절대 습도가 가장 낮고, 냉각수와 열교환된 토출공기 엔탈피에 의해 온도와 절대 습도가 포화선의 위쪽 영역으로 상승하여 과포화 발생공기(나)가 생성되고, 냉각수와 열교환된 토출공기와 외기가 혼합되어 온도와 절대 습도가 포화선 위쪽의 영역에서 유지되면서 과포화 발생공기(나)에 비하여 상대적으로 온도와 포화 습도가 낮고 동시에 1차 공기 유입(가)과 2차 공기 유입(가) 시의 온도와 절대 습도에 비해서는 상대적으로 높은 상태로 유지되고, 혼합 공기에서 수분 입자를 포집한 수분 포집 배출 공기의 온도와 절대 습도는 포화선 상에서 유지되도록 구성된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 음이온 발생장치(130)는,
    음이온 발생 단자(131);
    상기 음이온 발생 단자(131)에 연결된 음극 연결 단자(132);
    상기 연결 단자에 연결된 음극 방전핀(133);
    상기 음극 방전핀(133)에 연결된 양극 포집판(134);을 포함하여 구성되며,
    상기 양극 포집판(134)의 하부에서 공기가 올라와서 상기 음이온 발생장치(130)와 공기의 상호 작용에 의해 음이온이 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 집수판 셀(28)의 상부에 배치되도록 상기 하우징(10)에 프레임(40)이 설치되고, 상기 프레임(40)에 상기 방전 지지코어(23)가 결합된 것을 특징으로 하는 백연 저감 냉각탑.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020220085166A 2022-07-11 2022-07-11 백연 저감 냉각탑 KR102521339B1 (ko)

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